La legge dell'induzione di Faraday: 5 fatti importanti

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Michel Faraday ha elaborato

In che modo un campo magnetico variabile genera una corrente elettrica in un conduttore?

Legge di induzione di Faraday

Ha affermato che la tensione indotta in un circuito è proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico nel tempo o se il campo magnetico cambia, la fem o la tensione indotta saranno maggiori e la direzione del cambiamento nel campo magnetico regola la direzione della corrente. Questa è nota come legge di Faraday.

Flusso magnetico

Il flusso magnetico può essere espresso matematicamente come ΦB = B cosimage001 1

A è la superficie su cui B agisce il campo magnetico uniforme.
ΦB è il flusso magnetico. è l'angolo tra e B e A.

Modi per modificare il flusso magnetico: -

  • Dall'equazione di cui sopra, è comprensibile che il flusso potrebbe essere variato se cambiamo l'intensità del campo magnetico.
  • Anche l'angolo tra il campo magnetico B e il piano della bobina potrebbe essere modificato, anche l'area della superficie A è un parametro modificabile.

Alcuni fatti importanti sul flusso magnetico:

  • Il flusso magnetico è una quantità scalare.
  • L'unità SI del flusso magnetico è indicata come weber (Wb)
  • 1 Wb = 1 Tesla.
  • L'unità CGS del flusso magnetico è Maxwell.
  • 1 Wb = Maxwell.

Ora, secondo la legge di induzione di Faraday, e(T)= image007 2ΦB.

Nel caso di una bobina di N spire, il cambiamento di flusso ad ogni giro è lo stesso e quindi la fem totale indotta diventa, e(T)= image009 1ΦB.

Il segno negativo specifica la direzione della fem indotta, che è in accordo con la legge di Lenz che si afferma come segue:

La direzione della fem indotta e quindi la direzione della corrente indotta in un circuito è quella di opporsi alla causa per cui sono stati prodotti, cioè se il flusso è in aumento, allora l'emf indotta sarà prodotta in una direzione tale che proverà per diminuire il flusso e viceversa.

In realtà, la legge di Lenz è una coincidenza della conservazione dell'energia. Poiché la fem è indotta in modo tale da opporsi al cambiamento di flusso, quindi è necessario lavorare contro questa opposizione data dalla fem indotta per garantire che il cambiamento di flusso continui allo stesso modo. Questo lavoro svolto appare come energia elettrica nel circuito.

Dalle equazioni precedenti possiamo affermare che la fem indotta o la corrente elettrica nel circuito può essere aumentata nei seguenti modi: -

  • Cambiare il flusso molto rapidamente può aumentare l'emf indotta.
  • Utilizzando un'asta di nucleo di ferro dolce all'interno della bobina.
  • Aumentando N, cioè aumentando il numero di spire della bobina.

Come si vede nella figura, possiamo generare una fem quando il magnete è posizionato vicino a un circuito o quando un circuito è posizionato più vicino a un magnete. In questi casi viene mostrata la direzione della corrente indotta.

direzione del campo elettrico indotto secondo la legge di Lenz
Direzione del campo elettrico indotto secondo la legge di Lenz

Un altro modo in cui la fem può essere indotta è il principio di funzionamento della corrente alternata, dove il circuito è una bobina di filo conduttore che circola in un campo magnetico e quindi flusso ΦB cambia in modo sinusoidale nel tempo.

Forza elettromotrice motrice (un'implicazione della legge di induzione di Faraday)

Legge di Faraday
Forza elettromotrice indotta a causa del cambiamento nell'area del flusso magnetico dovuto al movimento relativo

La figura sopra mostra un conduttore rettangolare ABCD su cui si muove un'asta conduttrice EF a velocità costante. Il campo magnetico è perpendicolare, cioè verso l'interno rispetto al piano dell'anello conduttore chiuso ABFE. 

Il flusso magnetico racchiuso dall'anello al tempo t = ts è,

ΦB (t)= = BA = Blx (t),

La velocità di variazione nel tempo di questo flusso, induce una fem data da e = ΦB = (-Blx (t)) = Bl.x (t) = Blv.                                                                                                                          

Questa forza elettromotrice ottenuta a causa del movimento del conduttore EF invece di cambiare il campo magnetico è nota come forza elettromotrice motrice.

Elettromagnetico l'induzione spiega l'induzione di correnti e tensioni come una coincidenza di campi magnetici variabili. Ma la visione più moderna afferma che l'induzione avviene anche in assenza di un filo conduttore o di qualsiasi mezzo materiale.

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